热退火处理对基于液相基底生长的金薄膜表面形貌以及SERS性能影响的研究

作     者：徐凤云 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：叶自然

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 070302[理学-分析化学] 0802[工学-机械工程] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：金薄膜 液相基底 热退火 表面增强拉曼散射 时域有限差分方法 

摘      要：许多研究表明基底的性质对薄膜的生长机理,微观结构和表面形貌有着重要影响。在固体基底表面沉积的金属薄膜的表面形貌、微观结构和生长机理已经被广泛研究。从1996以来,人们发现液相基底可以被用来沉积金属薄膜,逐渐拉开了沉积在液相基底表面金属薄膜的表面形貌、微观结构和生长机理的研究的序幕。本文首次研究了热退火处理对基于液相基底表面生长的金薄膜的表面形貌和表面增强拉曼散射（Surface enhanced Raman scattering,SERS）的影响。本实验采用热蒸发方法在室温下基于硅油表面制备了三种不同厚度的金薄膜,并以不同的退火温度和相同的退火时间在石英管式炉中进行热退火处理。本课题主要研究内容如下:（1）用光学显微镜观察在不同温度下进行热退火后的金薄膜的光学形貌的变化和用扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）观察不同退火温度下的金薄膜的微观结构的变化。金薄膜的光学形貌图表明,沉积在硅油表面上的金薄膜是由微米级的金分支凝聚体组成的。SEM观测沉积在硅油表面上的金薄膜是由纳米尺寸的金晶粒组成的。由于热退火会导致纳米颗粒的再整合,因此经过热退火处理后的金薄膜的形貌会发生显著变化。（2）在拉曼测试过程中,采用共聚焦拉曼光谱仪测试退火前后的金薄膜的SERS信号,罗丹明6G溶液（Rhodamine 6G,R6G）作为拉曼测试的探针分子。拉曼光谱显示具有三种不同厚度的金薄膜的SERS活性表现出对退火温度的依赖性。这项工作发现在合理的退火温度下金薄膜具有良好的SERS活性。对SERS基底的最适退火温度的可以进一步促进高温下SERS检测的应用（3）采用时域有限差分法（Finite difference time domain,FDTD）模拟退火前后金薄膜的电磁场分布。模拟结果表明在不同温度下进行热退火后的金薄膜电磁场分布发生了改变,从理论上支撑了实验结果。